Android下打印调试堆栈方法
2016-04-22 11:04
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打印堆栈是调试的常用方法，一般在系统异常时，我们可以将异常情况下的堆栈打印出来，这样十分方便错误查找。实际上还有另外一个非常有用的功能：分析代码的行为。android代码太过庞大复杂了，完全的静态分析经常是无从下手，因此通过打印堆栈的动态分析也十分必要。
Android打印堆栈的方法，简单归类一下
1. zygote的堆栈dump
实际上这个可以同时dump java线程及native线程的堆栈，对于java线程，java堆栈和native堆栈都可以得到。
使用方法很简单，直接在adb shell或串口中输入：
[plain] view plaincopy
kill -3 <pid>
输出的trace会保存在 /data/anr/traces.txt文件中。这个需要注意，如果没有 /data/anr/这个目录或/data/anr/traces.txt这个文件，需要手工创建一下，并设置好读写权限。
如果需要在代码中，更容易控制堆栈的输出时机，可以用以下命令获取zygote的core dump:
1. Process.sendSignal(pid, Process.SIGNAL_QUIT);
原理和命令行是一样的。
不过需要注意两点：
adb shell可能会没有权限，需要root。
android 4.2中关闭了native thread的堆栈打印，详见 dalvik/vm/Thread.cpp的dumpNativeThread方法：
dvmPrintDebugMessage(target,
"\"%s\" sysTid=%d nice=%d sched=%d/%d cgrp=%s\n",
name, tid, getpriority(PRIO_PROCESS, tid),
schedStats.policy, schedStats.priority, schedStats.group);
dumpSchedStat(target, tid);
// Temporarily disabled collecting native stacks from non-Dalvik
// threads because sometimes they misbehave.
//dvmDumpNativeStack(target, tid);
Native堆栈的打印被关掉了！不过对于大多数情况，可以直接将这个注释打开。
2. debuggerd的堆栈dump
debuggerd是android的一个daemon进程，负责在进程异常出错时，将进程的运行时信息dump出来供分析。debuggerd生成的coredump数据是以文本形式呈现，被保存在 /data/tombstone/ 目录下(名字取的也很形象，tombstone是墓碑的意思)，共可保存10个文件，当超过10个时，会覆盖重写最早生成的文件。从4.2版本开始，debuggerd同时也是一个实用工具：可以在不中断进程执行的情况下打印当前进程的native堆栈。使用方法是:
debuggerd -b <pid>
这可以协助我们分析进程执行行为，但最最有用的地方是：它可以非常简单的定位到native进程中锁死或错误逻辑引起的死循环的代码位置。
3. java代码中打印堆栈
Java代码打印堆栈比较简单， 堆栈信息获取和输出，都可以通过Throwable类的方法实现。目前通用的做法是在java进程出现需要注意的异常时，打印堆栈，然后再决定退出或挽救。通常的方法是使用exception的printStackTrace()方法：
try {
...
} catch (RemoteException e) {
e.printStackTrace();
...
}
当然也可以只打印堆栈不退出，这样就比较方便分析代码的动态运行情况。Java代码中插入堆栈打印的方法如下：
Log.d(TAG,Log.getStackTraceString(new Throwable()));
4. C++代码中打印堆栈
C++也是支持异常处理的，异常处理库中，已经包含了获取backtrace的接口，Android也是利用这个接口来打印堆栈信息的。在Android的C++中，已经集成了一个工具类CallStack，在libutils.so中。使用方法：
#include <utils/CallStack.h>
...
CallStack stack;
stack.update();
stack.dump();
5. C代码中打印堆栈
C代码，尤其是底层C库，想要看到调用的堆栈信息，还是比较麻烦的。 CallStack肯定是不能用，一是因为其实C++写的，需要重新封装才能在C中使用，二是底层库反调上层库的函数，会造成链接器循环依赖而无法链接。不过也不是没有办法，可以通过android工具类CallStack实现中使用的unwind调用及符号解析函数来处理。
这里需要注意的是，为解决链接问题，最好使用dlopen方式，查找需要用到的接口再直接调用，这样会比较简单。如下为相关的实现代码，只需要在要打印的文件中插入此部分代码，然后调用getCallStack()即可，无需包含太多的头文件和修改Android.mk文件：
#define MAX_DEPTH 31
#define MAX_BACKTRACE_LINE_LENGTH 800
#define PATH "/system/lib/libcorkscrew.so"
typedef ssize_t (*unwindFn)(backtrace_frame_t*, size_t, size_t);
typedef void (*unwindSymbFn)(const backtrace_frame_t*, size_t, backtrace_symbol_t*);
typedef void (*unwindSymbFreeFn)(backtrace_symbol_t*, size_t);
static void *gHandle = NULL;
static int getCallStack(void){
ssize_t i = 0;
ssize_t result = 0;
ssize_t count;
backtrace_frame_t mStack[MAX_DEPTH];
backtrace_symbol_t symbols[MAX_DEPTH];
unwindFn unwind_backtrace = NULL;
unwindSymbFn get_backtrace_symbols = NULL;
unwindSymbFreeFn free_backtrace_symbols = NULL;
// open the so.
if(gHandle == NULL) gHandle = dlopen(PATH, RTLD_NOW);
// get the interface for unwind and symbol analyse
if(gHandle != NULL) unwind_backtrace = (unwindFn)dlsym(gHandle, "unwind_backtrace");
if(gHandle != NULL) get_backtrace_symbols = (unwindSymbFn)dlsym(gHandle, "get_backtrace_symbols");
if(gHandle != NULL) free_backtrace_symbols = (unwindSymbFreeFn)dlsym(gHandle, "free_backtrace_symbols");
if(!gHandle ||!unwind_backtrace ||!get_backtrace_symbols || !free_backtrace_symbols ){
ALOGE("Error! cannot get unwind info: handle:%p %p %p %p",
gHandle, unwind_backtrace, get_backtrace_symbols, free_backtrace_symbols );
return result;
}
count= unwind_backtrace(mStack, 1, MAX_DEPTH);
get_backtrace_symbols(mStack, count, symbols);
for (i = 0; i < count; i++) {
char line[MAX_BACKTRACE_LINE_LENGTH];
const char* mapName = symbols[i].map_name ? symbols[i].map_name : "<unknown>";
const char* symbolName =symbols[i].demangled_name ? symbols[i].demangled_name : symbols[i].symbol_name;
size_t fieldWidth = (MAX_BACKTRACE_LINE_LENGTH - 80) / 2;
if (symbolName) {
uint32_t pc_offset = symbols[i].relative_pc - symbols[i].relative_symbol_addr;
if (pc_offset) {
snprintf(line, MAX_BACKTRACE_LINE_LENGTH, "#%02d pc %08x %.*s (%.*s+%u)",
i, symbols[i].relative_pc, fieldWidth, mapName,
fieldWidth, symbolName, pc_offset);
} else {
snprintf(line, MAX_BACKTRACE_LINE_LENGTH, "#%02d pc %08x %.*s (%.*s)",
i, symbols[i].relative_pc, fieldWidth, mapName,
fieldWidth, symbolName);
}
} else {
snprintf(line, MAX_BACKTRACE_LINE_LENGTH, "#%02d pc %08x %.*s",
i, symbols[i].relative_pc, fieldWidth, mapName);
}
ALOGD("%s", line);
}
free_backtrace_symbols(symbols, count);
return result;
}
对sched_policy.c的堆栈调用分析如下,注意具体是否要打印，在哪里打印，还可以通过pid、uid、property等来控制一下，这样就不会被淹死在trace的汪洋大海中。
D/SchedPolicy( 1350): #00 pc 0000676c /system/lib/libcutils.so
D/SchedPolicy( 1350): #01 pc 00006b3a /system/lib/libcutils.so (set_sched_policy+49)
D/SchedPolicy( 1350): #02 pc 00010e82 /system/lib/libutils.so (androidSetThreadPriority+61)
D/SchedPolicy( 1350): #03 pc 00068104 /system/lib/libandroid_runtime.so (android_os_Process_setThreadPriority(_JNIEnv*, _jobject*, int, int)+7)
D/SchedPolicy( 1350): #04 pc 0001e510 /system/lib/libdvm.so (dvmPlatformInvoke+112)
D/SchedPolicy( 1350): #05 pc 0004d6aa /system/lib/libdvm.so (dvmCallJNIMethod(unsigned int const*, JValue*, Method const*, Thread*)+417)
D/SchedPolicy( 1350): #06 pc 00027920 /system/lib/libdvm.so
D/SchedPolicy( 1350): #07 pc 0002b7fc /system/lib/libdvm.so (dvmInterpret(Thread*, Method const*, JValue*)+184)
D/SchedPolicy( 1350): #08 pc 00060c30 /system/lib/libdvm.so (dvmCallMethodV(Thread*, Method const*, Object*, bool, JValue*, std::__va_list)+271)
D/SchedPolicy( 1350): #09 pc 0004cd34 /system/lib/libdvm.so
D/SchedPolicy( 1350): #10 pc 00049382 /system/lib/libandroid_runtime.so
D/SchedPolicy( 1350): #11 pc 00065e52 /system/lib/libandroid_runtime.so
D/SchedPolicy( 1350): #12 pc 0001435e /system/lib/libbinder.so (android::BBinder::transact(unsigned int, android::Parcel const&, android::Parcel*, unsigned int)+57)
D/SchedPolicy( 1350): #13 pc 00016f5a /system/lib/libbinder.so (android::IPCThreadState::executeCommand(int)+513)
D/SchedPolicy( 1350): #14 pc 00017380 /system/lib/libbinder.so (android::IPCThreadState::joinThreadPool(bool)+183)
D/SchedPolicy( 1350): #15 pc 0001b160 /system/lib/libbinder.so
D/SchedPolicy( 1350): #16 pc 00011264 /system/lib/libutils.so (android::Thread::_threadLoop(void*)+111)
D/SchedPolicy( 1350): #17 pc 000469bc /system/lib/libandroid_runtime.so (android::AndroidRuntime::javaThreadShell(void*)+63)
D/SchedPolicy( 1350): #18 pc 00010dca /system/lib/libutils.so
D/SchedPolicy( 1350): #19 pc 0000e3d8 /system/lib/libc.so (__thread_entry+72)
D/SchedPolicy( 1350): #20 pc 0000dac4 /system/lib/libc.so (pthread_create+160)
D/SchedPolicy( 1350): #00 pc 0000676c /system/lib/libcutils.so
D/SchedPolicy( 1350): #01 pc 00006b3a /system/lib/libcutils.so (set_sched_policy+49)
D/SchedPolicy( 1350): #02 pc 00016f26 /system/lib/libbinder.so (android::IPCThreadState::executeCommand(int)+461)
D/SchedPolicy( 1350): #03 pc 00017380 /system/lib/libbinder.so (android::IPCThreadState::joinThreadPool(bool)+183)
D/SchedPolicy( 1350): #04 pc 0001b160 /system/lib/libbinder.so
D/SchedPolicy( 1350): #05 pc 00011264 /system/lib/libutils.so (android::Thread::_threadLoop(void*)+111)
D/SchedPolicy( 1350): #06 pc 000469bc /system/lib/libandroid_runtime.so (android::AndroidRuntime::javaThreadShell(void*)+63)
D/SchedPolicy( 1350): #07 pc 00010dca /system/lib/libutils.so
D/SchedPolicy( 1350): #08 pc 0000e3d8 /system/lib/libc.so (__thread_entry+72)
D/SchedPolicy( 1350): #09 pc 0000dac4 /system/lib/libc.so (pthread_create+160)
打印堆栈是调试的常用方法，一般在系统异常时，我们可以将异常情况下的堆栈打印出来，这样十分方便错误查找。实际上还有另外一个非常有用的功能：分析代码的行为。android代码太过庞大复杂了，完全的静态分析经常是无从下手，因此通过打印堆栈的动态分析也十分必要。
Android打印堆栈的方法，简单归类一下
1. zygote的堆栈dump
实际上这个可以同时dump java线程及native线程的堆栈，对于java线程，java堆栈和native堆栈都可以得到。
使用方法很简单，直接在adb shell或串口中输入：
[plain] view plaincopy
kill -3 <pid>
输出的trace会保存在 /data/anr/traces.txt文件中。这个需要注意，如果没有 /data/anr/这个目录或/data/anr/traces.txt这个文件，需要手工创建一下，并设置好读写权限。
如果需要在代码中，更容易控制堆栈的输出时机，可以用以下命令获取zygote的core dump:
1. Process.sendSignal(pid, Process.SIGNAL_QUIT);
原理和命令行是一样的。
不过需要注意两点：
adb shell可能会没有权限，需要root。
android 4.2中关闭了native thread的堆栈打印，详见 dalvik/vm/Thread.cpp的dumpNativeThread方法：
dvmPrintDebugMessage(target,
"\"%s\" sysTid=%d nice=%d sched=%d/%d cgrp=%s\n",
name, tid, getpriority(PRIO_PROCESS, tid),
schedStats.policy, schedStats.priority, schedStats.group);
dumpSchedStat(target, tid);
// Temporarily disabled collecting native stacks from non-Dalvik
// threads because sometimes they misbehave.
//dvmDumpNativeStack(target, tid);
Native堆栈的打印被关掉了！不过对于大多数情况，可以直接将这个注释打开。
2. debuggerd的堆栈dump
debuggerd是android的一个daemon进程，负责在进程异常出错时，将进程的运行时信息dump出来供分析。debuggerd生成的coredump数据是以文本形式呈现，被保存在 /data/tombstone/ 目录下(名字取的也很形象，tombstone是墓碑的意思)，共可保存10个文件，当超过10个时，会覆盖重写最早生成的文件。从4.2版本开始，debuggerd同时也是一个实用工具：可以在不中断进程执行的情况下打印当前进程的native堆栈。使用方法是:
debuggerd -b <pid>
这可以协助我们分析进程执行行为，但最最有用的地方是：它可以非常简单的定位到native进程中锁死或错误逻辑引起的死循环的代码位置。
3. java代码中打印堆栈
Java代码打印堆栈比较简单， 堆栈信息获取和输出，都可以通过Throwable类的方法实现。目前通用的做法是在java进程出现需要注意的异常时，打印堆栈，然后再决定退出或挽救。通常的方法是使用exception的printStackTrace()方法：
try {
...
} catch (RemoteException e) {
e.printStackTrace();
...
}
当然也可以只打印堆栈不退出，这样就比较方便分析代码的动态运行情况。Java代码中插入堆栈打印的方法如下：
Log.d(TAG,Log.getStackTraceString(new Throwable()));
4. C++代码中打印堆栈
C++也是支持异常处理的，异常处理库中，已经包含了获取backtrace的接口，Android也是利用这个接口来打印堆栈信息的。在Android的C++中，已经集成了一个工具类CallStack，在libutils.so中。使用方法：
#include <utils/CallStack.h>
...
CallStack stack;
stack.update();
stack.dump();
5. C代码中打印堆栈
C代码，尤其是底层C库，想要看到调用的堆栈信息，还是比较麻烦的。 CallStack肯定是不能用，一是因为其实C++写的，需要重新封装才能在C中使用，二是底层库反调上层库的函数，会造成链接器循环依赖而无法链接。不过也不是没有办法，可以通过android工具类CallStack实现中使用的unwind调用及符号解析函数来处理。
这里需要注意的是，为解决链接问题，最好使用dlopen方式，查找需要用到的接口再直接调用，这样会比较简单。如下为相关的实现代码，只需要在要打印的文件中插入此部分代码，然后调用getCallStack()即可，无需包含太多的头文件和修改Android.mk文件：
#define MAX_DEPTH 31
#define MAX_BACKTRACE_LINE_LENGTH 800
#define PATH "/system/lib/libcorkscrew.so"
typedef ssize_t (*unwindFn)(backtrace_frame_t*, size_t, size_t);
typedef void (*unwindSymbFn)(const backtrace_frame_t*, size_t, backtrace_symbol_t*);
typedef void (*unwindSymbFreeFn)(backtrace_symbol_t*, size_t);
static void *gHandle = NULL;
static int getCallStack(void){
ssize_t i = 0;
ssize_t result = 0;
ssize_t count;
backtrace_frame_t mStack[MAX_DEPTH];
backtrace_symbol_t symbols[MAX_DEPTH];
unwindFn unwind_backtrace = NULL;
unwindSymbFn get_backtrace_symbols = NULL;
unwindSymbFreeFn free_backtrace_symbols = NULL;
// open the so.
if(gHandle == NULL) gHandle = dlopen(PATH, RTLD_NOW);
// get the interface for unwind and symbol analyse
if(gHandle != NULL) unwind_backtrace = (unwindFn)dlsym(gHandle, "unwind_backtrace");
if(gHandle != NULL) get_backtrace_symbols = (unwindSymbFn)dlsym(gHandle, "get_backtrace_symbols");
if(gHandle != NULL) free_backtrace_symbols = (unwindSymbFreeFn)dlsym(gHandle, "free_backtrace_symbols");
if(!gHandle ||!unwind_backtrace ||!get_backtrace_symbols || !free_backtrace_symbols ){
ALOGE("Error! cannot get unwind info: handle:%p %p %p %p",
gHandle, unwind_backtrace, get_backtrace_symbols, free_backtrace_symbols );
return result;
}
count= unwind_backtrace(mStack, 1, MAX_DEPTH);
get_backtrace_symbols(mStack, count, symbols);
for (i = 0; i < count; i++) {
char line[MAX_BACKTRACE_LINE_LENGTH];
const char* mapName = symbols[i].map_name ? symbols[i].map_name : "<unknown>";
const char* symbolName =symbols[i].demangled_name ? symbols[i].demangled_name : symbols[i].symbol_name;
size_t fieldWidth = (MAX_BACKTRACE_LINE_LENGTH - 80) / 2;
if (symbolName) {
uint32_t pc_offset = symbols[i].relative_pc - symbols[i].relative_symbol_addr;
if (pc_offset) {
snprintf(line, MAX_BACKTRACE_LINE_LENGTH, "#%02d pc %08x %.*s (%.*s+%u)",
i, symbols[i].relative_pc, fieldWidth, mapName,
fieldWidth, symbolName, pc_offset);
} else {
snprintf(line, MAX_BACKTRACE_LINE_LENGTH, "#%02d pc %08x %.*s (%.*s)",
i, symbols[i].relative_pc, fieldWidth, mapName,
fieldWidth, symbolName);
}
} else {
snprintf(line, MAX_BACKTRACE_LINE_LENGTH, "#%02d pc %08x %.*s",
i, symbols[i].relative_pc, fieldWidth, mapName);
}
ALOGD("%s", line);
}
free_backtrace_symbols(symbols, count);
return result;
}
对sched_policy.c的堆栈调用分析如下,注意具体是否要打印，在哪里打印，还可以通过pid、uid、property等来控制一下，这样就不会被淹死在trace的汪洋大海中。
D/SchedPolicy( 1350): #00 pc 0000676c /system/lib/libcutils.so
D/SchedPolicy( 1350): #01 pc 00006b3a /system/lib/libcutils.so (set_sched_policy+49)
D/SchedPolicy( 1350): #02 pc 00010e82 /system/lib/libutils.so (androidSetThreadPriority+61)
D/SchedPolicy( 1350): #03 pc 00068104 /system/lib/libandroid_runtime.so (android_os_Process_setThreadPriority(_JNIEnv*, _jobject*, int, int)+7)
D/SchedPolicy( 1350): #04 pc 0001e510 /system/lib/libdvm.so (dvmPlatformInvoke+112)
D/SchedPolicy( 1350): #05 pc 0004d6aa /system/lib/libdvm.so (dvmCallJNIMethod(unsigned int const*, JValue*, Method const*, Thread*)+417)
D/SchedPolicy( 1350): #06 pc 00027920 /system/lib/libdvm.so
D/SchedPolicy( 1350): #07 pc 0002b7fc /system/lib/libdvm.so (dvmInterpret(Thread*, Method const*, JValue*)+184)
D/SchedPolicy( 1350): #08 pc 00060c30 /system/lib/libdvm.so (dvmCallMethodV(Thread*, Method const*, Object*, bool, JValue*, std::__va_list)+271)
D/SchedPolicy( 1350): #09 pc 0004cd34 /system/lib/libdvm.so
D/SchedPolicy( 1350): #10 pc 00049382 /system/lib/libandroid_runtime.so
D/SchedPolicy( 1350): #11 pc 00065e52 /system/lib/libandroid_runtime.so
D/SchedPolicy( 1350): #12 pc 0001435e /system/lib/libbinder.so (android::BBinder::transact(unsigned int, android::Parcel const&, android::Parcel*, unsigned int)+57)
D/SchedPolicy( 1350): #13 pc 00016f5a /system/lib/libbinder.so (android::IPCThreadState::executeCommand(int)+513)
D/SchedPolicy( 1350): #14 pc 00017380 /system/lib/libbinder.so (android::IPCThreadState::joinThreadPool(bool)+183)
D/SchedPolicy( 1350): #15 pc 0001b160 /system/lib/libbinder.so
D/SchedPolicy( 1350): #16 pc 00011264 /system/lib/libutils.so (android::Thread::_threadLoop(void*)+111)
D/SchedPolicy( 1350): #17 pc 000469bc /system/lib/libandroid_runtime.so (android::AndroidRuntime::javaThreadShell(void*)+63)
D/SchedPolicy( 1350): #18 pc 00010dca /system/lib/libutils.so
D/SchedPolicy( 1350): #19 pc 0000e3d8 /system/lib/libc.so (__thread_entry+72)
D/SchedPolicy( 1350): #20 pc 0000dac4 /system/lib/libc.so (pthread_create+160)
D/SchedPolicy( 1350): #00 pc 0000676c /system/lib/libcutils.so
D/SchedPolicy( 1350): #01 pc 00006b3a /system/lib/libcutils.so (set_sched_policy+49)
D/SchedPolicy( 1350): #02 pc 00016f26 /system/lib/libbinder.so (android::IPCThreadState::executeCommand(int)+461)
D/SchedPolicy( 1350): #03 pc 00017380 /system/lib/libbinder.so (android::IPCThreadState::joinThreadPool(bool)+183)
D/SchedPolicy( 1350): #04 pc 0001b160 /system/lib/libbinder.so
D/SchedPolicy( 1350): #05 pc 00011264 /system/lib/libutils.so (android::Thread::_threadLoop(void*)+111)
D/SchedPolicy( 1350): #06 pc 000469bc /system/lib/libandroid_runtime.so (android::AndroidRuntime::javaThreadShell(void*)+63)
D/SchedPolicy( 1350): #07 pc 00010dca /system/lib/libutils.so
D/SchedPolicy( 1350): #08 pc 0000e3d8 /system/lib/libc.so (__thread_entry+72)
D/SchedPolicy( 1350): #09 pc 0000dac4 /system/lib/libc.so (pthread_create+160)
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